Motor Síncrono vs Motor Assíncrono

Motor Síncrono vs Motor Assíncrono

A diferença definidora é a velocidade do rotor em relação ao campo magnético giratório do estator: a motor síncrono O rotor do motor gira exatamente na mesma velocidade daquele campo, enquanto o rotor de um motor assíncrono (indução) sempre gira um pouco mais devagar, uma diferença chamada escorregamento. Este escorregamento é realmente necessário para a operação do motor de indução, uma vez que o movimento relativo entre o rotor e o campo rotativo é o que induz a corrente do rotor que gera torque em primeiro lugar – um motor de indução sem escorregamento não geraria torque algum.

Os motores síncronos evitam essa dependência porque o rotor carrega seu próprio campo magnético (de ímãs permanentes ou enrolamentos de campo) em vez de depender da corrente induzida, que é o que permite travar e manter a sincronização exata com o campo do estator, em vez de ficar perpetuamente atrasado.

Guia de seleção de motor síncrono

• Confirme se a aplicação realmente precisa de velocidade constante e independente de carga — se a precisão da velocidade não for crítica, um motor de indução pode oferecer uma solução mais simples e de menor custo
• Avalie os requisitos iniciais — a maioria dos motores síncronos (exceto os tipos PMSM de partida automática) precisam de um método de partida ou controle VFD
• Pese os benefícios de eficiência em relação ao custo inicial, particularmente para projetos PMSM onde o material magnético aumenta o custo, mas proporciona ganhos de eficiência
• Confirme se os requisitos de torque estão dentro do limite de torque de extração do motor em toda a faixa operacional da aplicação
• Considere o valor de correção do fator de potência se o sistema elétrico mais amplo da instalação se beneficiaria da capacidade de fornecimento de energia reativa de um motor síncrono

Como escolher um motor síncrono

A escolha de um motor síncrono específico para uma aplicação começa com a correspondência do torque, velocidade e potência necessários à carga, semelhante a qualquer processo de seleção de motor, mas com atenção adicional ao tipo específico de motor síncrono mais adequado à aplicação. Os projetos PMSM atendem à maioria das aplicações modernas, priorizando eficiência e tamanho compacto , enquanto os motores síncronos de rotor bobinado permanecem relevantes para aplicações industriais muito grandes, onde a complexidade adicional do sistema de controle de excitação é justificada pela escala da instalação e pelo valor da excitação ajustável para controle do fator de potência.

Comparação de eficiência de motor síncrono

Os motores síncronos, especialmente os projetos PMSM, geralmente superam os motores de indução em eficiência na maior parte de sua faixa operacional, com a lacuna normalmente mais pronunciada em carga parcial - uma condição na qual muitas aplicações do mundo real passam um tempo operacional significativo, em vez de funcionar continuamente em carga nominal total. Esta vantagem de eficiência decorre da eliminação das perdas por escorregamento do rotor , o aquecimento resistivo que ocorre no rotor de um motor de indução como consequência direta da corrente induzida necessária para gerar torque, um mecanismo de perda que simplesmente não existe no rotor magnetizado independentemente de um motor síncrono.

Características de torque do motor síncrono

A relação torque-velocidade de um motor síncrono difere fundamentalmente de um motor de indução - em vez de o torque variar continuamente com a velocidade à medida que o escorregamento muda, um motor síncrono produz qualquer torque necessário para manter a velocidade síncrona, até seu limite máximo de torque (pull-out). Além desse limite, o motor não desacelera gradualmente como um motor de indução faria. — ele perde totalmente a sincronização e para, o que significa que as aplicações de motores síncronos precisam ser dimensionadas com margem de torque adequada acima do torque de carga máximo esperado para evitar esse modo de falha abrupta.

Este comportamento de torque também significa que os motores síncronos geralmente não iniciam automaticamente contra uma carga estacionária como muitos motores de indução podem, uma vez que o campo magnético de um rotor estacionário não desenvolve um torque médio significativo contra um campo de estator de rotação rápida - a maioria das aplicações de motores síncronos requer um método de partida que aproxima o rotor da velocidade síncrona antes de entrar no campo, ou um inversor de frequência variável que aumenta gradualmente a frequência de alimentação a partir de zero.

Controle de velocidade do motor síncrono

Como a velocidade do motor síncrono está diretamente ligada à frequência de alimentação, o ajuste da velocidade requer o ajuste dessa frequência, que é exatamente o que um inversor de frequência variável (VFD) faz. Os motores síncronos controlados por VFD oferecem controle preciso de velocidade e vantagens de eficiência da operação síncrona , uma combinação cada vez mais comum em modernos sistemas de acionamento industrial e motores de veículos elétricos, onde são necessários simultaneamente controle preciso de velocidade/torque e alta eficiência.

Motor de ímã permanente vs motor de indução

Esta comparação cobre basicamente o mesmo terreno que a comparação mais ampla entre síncronos e assíncronos, uma vez que o PMSM é o projeto de motor síncrono moderno dominante sendo comparado com motores de indução na maioria das discussões atuais. As vantagens do PMSM centram-se na eficiência, densidade de potência e controle preciso , enquanto os motores de indução continuam sendo preferidos onde o custo inicial mais baixo, a simplicidade mecânica e a capacidade de partida automática sem componentes eletrônicos de controle adicionais superam os ganhos de eficiência que um PMSM ofereceria para uma determinada aplicação.

Seleção de motores de alta eficiência

A seleção de um motor de alta eficiência envolve olhar além de um único valor percentual de eficiência para ver como essa eficiência se mantém em toda a faixa operacional real esperada do motor, uma vez que muitas aplicações funcionam bem abaixo da carga nominal total durante partes significativas de seu ciclo de trabalho. Analisando a eficiência em toda a faixa de carga, não apenas em 100% de carga, fornece uma imagem mais precisa do consumo real de energia e do potencial de economia de custos do que confiar apenas em uma única classificação de eficiência em plena carga.

Comparação de desempenho de motores elétricos

Seleção de Motor para Equipamentos Industriais

A seleção de motores para equipamentos industriais geralmente começa com a definição do perfil de torque e velocidade da carga em toda a sua faixa operacional e, em seguida, avalia qual tecnologia de motor melhor atende a esses requisitos, juntamente com eficiência, complexidade de controle e restrições orçamentárias. Aplicações com cargas constantes e previsíveis e sem necessidade de controle preciso de velocidade geralmente funcionam bem com motores de indução padrão, enquanto aplicações que exigem regulação precisa de velocidade, alta eficiência ou controle dinâmico de torque favorecem cada vez mais projetos síncronos (particularmente PMSM) emparelhados com controle VFD.

Fatores a serem considerados ao escolher um motor elétrico

• Torque e velocidade necessários em toda a faixa operacional, incluindo condições de partida e de pico
• Requisitos de eficiência, tanto em plena carga quanto em condições operacionais típicas de carga parcial
• Necessidades de controle de velocidade — velocidade fixa, velocidade variável ou controle preciso de posição/movimento
• Requisitos de partida e eletrônica de controle disponível (direto on-line, VFD ou outro método de partida)
• Custo total de propriedade, equilibrar o custo inicial do motor e do controle com a economia de energia esperada e os requisitos de manutenção ao longo da vida útil do equipamento